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摘要：通过将布鲁纳认知理论的三个基本观点应用到“光电检测技术”课程教学的各个环节中，以学生为学习的主体，教学过程遵循学生对知识的认知过程，加强了学生对基础知识的掌握，激发了学生的学习兴趣，提高了该课程的教学质量。
关键词：认知理论；布鲁纳；光电检测技术；专业课教学
作者简介：莫文琴（1978-），女，湖北武汉人，中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，讲师；晋芳（1978-），女，湖北武汉人，中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，副教授。（湖北 武汉 430074）
基金项目：本文系中国地质大学（武汉）研究生培养模式与教学改革基金（编号：CUGYCXK0820）和中国地质大学（武汉）中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（编号：CUGL110222）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）04-0076-02
认知学习理论是通过研究人的认知过程来探讨学习规律的理论。认知理论主要包括：人是学习的主体，学习不是通过练习和强化形成的，而是通过顿悟与理解获得；学习可以看成学生个体构建自己的认知体系的过程；教学要关心学生学习过程的主动性及学生对知识意义的建构。[1，2]认知学习理论不仅重视人的主体性，而且准确把握了学习的基本过程及其规律。布鲁纳认知理论是现代认知理论的代表，他强调认知学习与认知发展，提倡发现学习，倡导结构主义教育。“光电检测技术”是一门综合性很强的专业课，涉及了光学、电子和计算机等多门学科，也是现代检测技术重要的发展方向。由于该课程基本知识点多、应用性较强，如何提高教学质量是该课程教师所共同关注的问题。[3，4]因此，通过将布鲁纳认知理论应用到“光电检测技术”的教学中，尊重学生学习的主体地位和知识的认知规律，促进了学生对该课程基本知识点的掌握，完善了学生专业知识体系的构建，取得了良好的教学效果。
一、课程教学遵循知识的认知过程
布鲁纳认为认知结构在一个人的学习过程中是不断发展的，人们总是通过把新来的信息与原有的认知结构联系起来积极构建起知识体系；学习的实质在于主动形成认知结构，学习包括知识的获得、知识的转化和评价三个过程。[1]
1.知识的获取
认识的获取，是新知识通过“同化”思维后，被容纳到新的认知结构中。我们在介绍新知识时，需要通过与学生以往接触过的系统进行类比，帮助学生理解和掌握新知识。学生在学习“光电检测技术”课程之前已经修完了“传感器技术”课程，那么在介绍现代光电检测技术中的光纤传感器时，将其与传统传感器进行类比：传统传感器的核心是电量参数的变化，传输信号为电信号，传输介质是电线，被测量是物理量（温度、压力或流量）；而光纤传感器的核心是光电场参数的变化，传输信号变成了光信号，传输介质是光纤，被测量仍然是物理量。通过这样的比较和分析，将新知识（光电场参数、光信号和光纤）“同化”到传统传感器结构中，帮助学生构建新的认知结构。
2.知识的转化
在获取知识之后，就是对新知识进一步分析和概括，从而演绎出新内容的过程。同样以上述例子说明，在学生获得光纤传感器的概念后，就要其思考：为什么会产生光纤传感器，光纤传感器和原有传统传感器相比，优势是什么？于是教师可以通过对不同光纤传感器的应用进行介绍和归纳，让学生了解到光纤传感器具有长距离遥测、耐恶劣环境（高温、强电磁干扰）、灵敏度高和易于联网等优点。这样，学生一旦遇到需要高灵敏度探测处于恶劣环境的物理量的课题时，自然就会考虑能否采用光纤传感器这一方案，或者说通过新知识的转化，学生在已掌握传统探测方法的基础上又增加了光纤传感这一方法，开拓了学生思路，提高了学生解决问题的能力。
3.学习评价
学习评价除了传统的考试，还可以通过课堂问答、开放式讨论、实验及课程设计等方式来实施。平时在课程教学过程中，待学生学完某一章节之后，教师利用课堂问答来检验学生对基本知识点的掌握程度，并根据学生的反馈来调整教学的进度，如果学生大部分还未真正理解该章节的基本概念和理论，则需要再次帮助学生完成基本知识点的获取。
开放式讨论则是在学生已具备一定理论基础后，检验他们是否能将新知识转化成为认知系统中新的内容。学生在“光电检测技术”课程中学习了激光雷达的工作原理后，教师可以设定具体问题，比如雷达测速与激光雷达测速的区别，让学生展开讨论。这样，学生通过与已修完的“物理检测理论与检测技术”课程中所学的雷达测速进行比较和分析，就能了解到两种测速的方法其实都是基于多普勒效应，只是激光的方法是利用光信号作为载波，而雷达是利用微波。但正是由于激光雷达采用的是比微波频率高104～105倍的光载波，它的测速精度也远高于一般雷达测速系统。利用类似的问题，可以检验学生是否掌握了新的测试技术，从而评价学生的学习效果。
实验和课程设计是学习评价环节中最为重要的内容。它是对新知识转化程度的一种检验，即考查学生对于新知识的使用是否得当，分析和概括是否准确。[1]学生不再是被动接受新知识，而是亲身试验，从实验的结果和现象中加深对基本知识点的掌握，验证问题的解决方法是否有效。“光电检测技术”课程开设有光电器件特性实验，学生在对光电二极管的光伏特性进行测试时，经常会提出疑问，即为什么当光电二极管的两端电压改变时，流过管子的电流始终不变？这时，教师就会反问他们，如果光电管上光照没有变化，管子的电流会变化吗？他们才恍然大悟，流经管子的电流只与入射光照有关，既然管子受到的光照恒定，光电流也是不变的。通过这种验证性实验，学生对光电器件的各种特性印象深刻，因此对课程的基本概念的掌握更加牢固。
当然，正如布鲁纳所说，知识的获取、转化和评价是三个几乎同时发生的过程。我们在“光电检测技术”课程教学中，将上述学习的三个过程贯穿整个课程讲授中，即每一章理论学习后安排课堂问答、开放式讨论和实验，这正符合学生对知识的认知过程，通过这些教学环节的展开，学生由浅入深、由表及里地掌握了这门学科的精髓。
二、教学应使学生理解各门学科的基本结构
学科的基本结构包含两个方面的内容：学科的基本知识结构以及学习的态度和方法。[1]学科的基本知识结构指的是该学科的基本知识概念和基本规律。学科的基本知识结构好比金字塔的基底，承受着最沉的负荷，只有基础打扎实了，才能有塔顶的辉煌。
在光电检测技术系统中，光电探测器起着将光载波转换为电信号的核心作用，其选取和使用是否得当在很大程度上决定了光电系统的性能。而光电器件的主要性能参数是区别各种光电探测器的基础，比如光谱特性，即探测器输出信号大小与照射到探测器上光波长的关系。可以这样解释：探测器好比人的眼睛，在红橙黄绿青蓝紫各种颜色中，我们总是对黄绿色的光最为敏感，也就是说在黄绿色光波长处，人眼的光谱响应度是最大的。这样的类比之后，学生很容易去理解光电器件的主要性能，从而能够根据各种光电器件的区别和特点，将各种光电器件应用在各自适合的场合，比如PIN型探测器和雪崩光电二极管，时间响应最快，适用于光通信中高速光信号的探测；而光敏电阻时间响应慢，线性较差，一般来说作为开关光信号的探测。通过对光电器件特性参数这一基本概念的理解和掌握，为器件选型、光电检测电路的设计和光电检测系统的设计打下基础。
由于“光电检测技术”课程涉及较多的专业基础，比如大学物理、模拟电子和数字电子、电子测量课程等，所以学生要学好该门课程，应当具有一定的知识背景，才能消化晦涩难懂的知识点。有些学生专业基础较差，在课程学习中很容易碰到挫折而放弃努力，这时，教师应该指导学生端正学习态度，以脚踏实地的态度去学习这门课程，不应急功近利；帮助他们复习相关的知识背景，从而理解本课程的重要知识点，只有这样后续学习才能顺利进行。同时，考虑到本课程应用性较强，教师讲课时应多联系实际，结合业界热点问题，介绍相关系统和技术。通过具体的应用系统案例将需要介绍的知识点引出，然后对知识点进行详细讲解，帮助学生深刻理解和掌握，最后引导学生回过头去分析系统中这些知识点是如何发挥作用的，解决了哪些问题。例如干涉测量技术这一章中介绍了典型的相位调制干涉仪，萨古纳克干涉仪是其中一种。倘若教师直接给出该干涉仪的工作原理，学生的兴趣不会很大。但是教师如果抛出这样一个问题：哪位同学知道苹果iPhone手机中的陀螺仪是如何工作的？想必学生就很想知道答案了。这时，教师就可以说明：如果将萨古纳克干涉光路放到光纤中，这便是光学陀螺仪了。萨古纳克干涉仪利用光的干涉作用，测量光环路的转动角速度。知道了萨古纳克干涉仪工作原理，教师再引导学生回到苹果手机中的陀螺仪的例子，正是因为陀螺仪能够感知三个轴方向的角速度，结合加速度传感器，就能够为手机提供导航和增强功能。因为学习的最好刺激，是对所学内容有兴趣。[5]一旦他们发现这些基本知识点可以解决实际系统中的重要问题，就会觉得值得去学，从而使学习的主动性和积极性得到提高。
三、提倡发现学习，激发教学生长点
布鲁纳认为发现并不只限于获得人类尚未知晓的知识和规律，也包含通过独立思考而获得的一切形式和方法。[1]提倡发现学习，教师可以通过设定的问题和情境，[6]比如电机转速的测量，要求学生给出合理的设计方案。学生五人一组，每组将自己的设计方案在课堂上讲述出来，教师则引导学生对各种方案进行比较和评价。该方式以学生为主体，一方面是激发学生学习的内部动机，在掌握基本知识的前提下，使其主动探索知识、独立解决问题；另一方面在讨论和争议的过程中，学生能够获得知识的生长点，因为每一组的方案不尽相同，在求同存异的过程中知识和经验得到积累。当然，在学生讲述和讨论的过程中，需要教师进行正确指导，并对各种方案给予合理的评价。
四、结束语
“光电检测技术”这门课需要学生掌握较多的专业基础知识，并且应用性较强，强调学生的动手能力。学生从以往理论性较强的课程学习转向应用性较强的专业课学习，需要一定的过程。笔者通过将认知理论应用到课程教学的各方面，以学生为学习的主体，教学遵循学生对知识的认知过程，使得学生更容易理解很抽象的基本概念，提升了其使用新技术解决问题的能力，将新知识与原有认知系统关联起来，丰富了学生的知识体系。
参考文献：
[1]武新春.高等教育心理学(修订版)[M].北京:高等教育出版社,2003.
[2]赵娟,娄德军.认知学习理论在课程改革中的应用[J].大连教育学院学报,2003,(1):23-25.
[3]李刚,曹浪舟.光电检测技术课程教学改革的探讨[J].高等函授学报(自然科学版),2010,(4):43-45.
[4]周雪芳.对“光电检测技术”课程内容体系优化的思考[J].中国电力教育,2010,(35):96-98.
[5]谢婧.认知主义学习理论概述[J].文教资料,2006,(28):101-102.
[6]王映学,林颖.论教学设计:三种不同的认知学习理论视域[J].教育理论与实践,2008,(8):51-52.
（责任编辑：刘辉）
关键词：认知理论；布鲁纳；光电检测技术；专业课教学
作者简介：莫文琴（1978-），女，湖北武汉人，中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，讲师；晋芳（1978-），女，湖北武汉人，中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，副教授。（湖北 武汉 430074）
基金项目：本文系中国地质大学（武汉）研究生培养模式与教学改革基金（编号：CUGYCXK0820）和中国地质大学（武汉）中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（编号：CUGL110222）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）04-0076-02
认知学习理论是通过研究人的认知过程来探讨学习规律的理论。认知理论主要包括：人是学习的主体，学习不是通过练习和强化形成的，而是通过顿悟与理解获得；学习可以看成学生个体构建自己的认知体系的过程；教学要关心学生学习过程的主动性及学生对知识意义的建构。[1，2]认知学习理论不仅重视人的主体性，而且准确把握了学习的基本过程及其规律。布鲁纳认知理论是现代认知理论的代表，他强调认知学习与认知发展，提倡发现学习，倡导结构主义教育。“光电检测技术”是一门综合性很强的专业课，涉及了光学、电子和计算机等多门学科，也是现代检测技术重要的发展方向。由于该课程基本知识点多、应用性较强，如何提高教学质量是该课程教师所共同关注的问题。[3，4]因此，通过将布鲁纳认知理论应用到“光电检测技术”的教学中，尊重学生学习的主体地位和知识的认知规律，促进了学生对该课程基本知识点的掌握，完善了学生专业知识体系的构建，取得了良好的教学效果。
一、课程教学遵循知识的认知过程
布鲁纳认为认知结构在一个人的学习过程中是不断发展的，人们总是通过把新来的信息与原有的认知结构联系起来积极构建起知识体系；学习的实质在于主动形成认知结构，学习包括知识的获得、知识的转化和评价三个过程。[1]
1.知识的获取
认识的获取，是新知识通过“同化”思维后，被容纳到新的认知结构中。我们在介绍新知识时，需要通过与学生以往接触过的系统进行类比，帮助学生理解和掌握新知识。学生在学习“光电检测技术”课程之前已经修完了“传感器技术”课程，那么在介绍现代光电检测技术中的光纤传感器时，将其与传统传感器进行类比：传统传感器的核心是电量参数的变化，传输信号为电信号，传输介质是电线，被测量是物理量（温度、压力或流量）；而光纤传感器的核心是光电场参数的变化，传输信号变成了光信号，传输介质是光纤，被测量仍然是物理量。通过这样的比较和分析，将新知识（光电场参数、光信号和光纤）“同化”到传统传感器结构中，帮助学生构建新的认知结构。
2.知识的转化
在获取知识之后，就是对新知识进一步分析和概括，从而演绎出新内容的过程。同样以上述例子说明，在学生获得光纤传感器的概念后，就要其思考：为什么会产生光纤传感器，光纤传感器和原有传统传感器相比，优势是什么？于是教师可以通过对不同光纤传感器的应用进行介绍和归纳，让学生了解到光纤传感器具有长距离遥测、耐恶劣环境（高温、强电磁干扰）、灵敏度高和易于联网等优点。这样，学生一旦遇到需要高灵敏度探测处于恶劣环境的物理量的课题时，自然就会考虑能否采用光纤传感器这一方案，或者说通过新知识的转化，学生在已掌握传统探测方法的基础上又增加了光纤传感这一方法，开拓了学生思路，提高了学生解决问题的能力。
3.学习评价
学习评价除了传统的考试，还可以通过课堂问答、开放式讨论、实验及课程设计等方式来实施。平时在课程教学过程中，待学生学完某一章节之后，教师利用课堂问答来检验学生对基本知识点的掌握程度，并根据学生的反馈来调整教学的进度，如果学生大部分还未真正理解该章节的基本概念和理论，则需要再次帮助学生完成基本知识点的获取。
开放式讨论则是在学生已具备一定理论基础后，检验他们是否能将新知识转化成为认知系统中新的内容。学生在“光电检测技术”课程中学习了激光雷达的工作原理后，教师可以设定具体问题，比如雷达测速与激光雷达测速的区别，让学生展开讨论。这样，学生通过与已修完的“物理检测理论与检测技术”课程中所学的雷达测速进行比较和分析，就能了解到两种测速的方法其实都是基于多普勒效应，只是激光的方法是利用光信号作为载波，而雷达是利用微波。但正是由于激光雷达采用的是比微波频率高104～105倍的光载波，它的测速精度也远高于一般雷达测速系统。利用类似的问题，可以检验学生是否掌握了新的测试技术，从而评价学生的学习效果。
实验和课程设计是学习评价环节中最为重要的内容。它是对新知识转化程度的一种检验，即考查学生对于新知识的使用是否得当，分析和概括是否准确。[1]学生不再是被动接受新知识，而是亲身试验，从实验的结果和现象中加深对基本知识点的掌握，验证问题的解决方法是否有效。“光电检测技术”课程开设有光电器件特性实验，学生在对光电二极管的光伏特性进行测试时，经常会提出疑问，即为什么当光电二极管的两端电压改变时，流过管子的电流始终不变？这时，教师就会反问他们，如果光电管上光照没有变化，管子的电流会变化吗？他们才恍然大悟，流经管子的电流只与入射光照有关，既然管子受到的光照恒定，光电流也是不变的。通过这种验证性实验，学生对光电器件的各种特性印象深刻，因此对课程的基本概念的掌握更加牢固。
当然，正如布鲁纳所说，知识的获取、转化和评价是三个几乎同时发生的过程。我们在“光电检测技术”课程教学中，将上述学习的三个过程贯穿整个课程讲授中，即每一章理论学习后安排课堂问答、开放式讨论和实验，这正符合学生对知识的认知过程，通过这些教学环节的展开，学生由浅入深、由表及里地掌握了这门学科的精髓。
二、教学应使学生理解各门学科的基本结构
学科的基本结构包含两个方面的内容：学科的基本知识结构以及学习的态度和方法。[1]学科的基本知识结构指的是该学科的基本知识概念和基本规律。学科的基本知识结构好比金字塔的基底，承受着最沉的负荷，只有基础打扎实了，才能有塔顶的辉煌。
在光电检测技术系统中，光电探测器起着将光载波转换为电信号的核心作用，其选取和使用是否得当在很大程度上决定了光电系统的性能。而光电器件的主要性能参数是区别各种光电探测器的基础，比如光谱特性，即探测器输出信号大小与照射到探测器上光波长的关系。可以这样解释：探测器好比人的眼睛，在红橙黄绿青蓝紫各种颜色中，我们总是对黄绿色的光最为敏感，也就是说在黄绿色光波长处，人眼的光谱响应度是最大的。这样的类比之后，学生很容易去理解光电器件的主要性能，从而能够根据各种光电器件的区别和特点，将各种光电器件应用在各自适合的场合，比如PIN型探测器和雪崩光电二极管，时间响应最快，适用于光通信中高速光信号的探测；而光敏电阻时间响应慢，线性较差，一般来说作为开关光信号的探测。通过对光电器件特性参数这一基本概念的理解和掌握，为器件选型、光电检测电路的设计和光电检测系统的设计打下基础。
由于“光电检测技术”课程涉及较多的专业基础，比如大学物理、模拟电子和数字电子、电子测量课程等，所以学生要学好该门课程，应当具有一定的知识背景，才能消化晦涩难懂的知识点。有些学生专业基础较差，在课程学习中很容易碰到挫折而放弃努力，这时，教师应该指导学生端正学习态度，以脚踏实地的态度去学习这门课程，不应急功近利；帮助他们复习相关的知识背景，从而理解本课程的重要知识点，只有这样后续学习才能顺利进行。同时，考虑到本课程应用性较强，教师讲课时应多联系实际，结合业界热点问题，介绍相关系统和技术。通过具体的应用系统案例将需要介绍的知识点引出，然后对知识点进行详细讲解，帮助学生深刻理解和掌握，最后引导学生回过头去分析系统中这些知识点是如何发挥作用的，解决了哪些问题。例如干涉测量技术这一章中介绍了典型的相位调制干涉仪，萨古纳克干涉仪是其中一种。倘若教师直接给出该干涉仪的工作原理，学生的兴趣不会很大。但是教师如果抛出这样一个问题：哪位同学知道苹果iPhone手机中的陀螺仪是如何工作的？想必学生就很想知道答案了。这时，教师就可以说明：如果将萨古纳克干涉光路放到光纤中，这便是光学陀螺仪了。萨古纳克干涉仪利用光的干涉作用，测量光环路的转动角速度。知道了萨古纳克干涉仪工作原理，教师再引导学生回到苹果手机中的陀螺仪的例子，正是因为陀螺仪能够感知三个轴方向的角速度，结合加速度传感器，就能够为手机提供导航和增强功能。因为学习的最好刺激，是对所学内容有兴趣。[5]一旦他们发现这些基本知识点可以解决实际系统中的重要问题，就会觉得值得去学，从而使学习的主动性和积极性得到提高。
三、提倡发现学习，激发教学生长点
布鲁纳认为发现并不只限于获得人类尚未知晓的知识和规律，也包含通过独立思考而获得的一切形式和方法。[1]提倡发现学习，教师可以通过设定的问题和情境，[6]比如电机转速的测量，要求学生给出合理的设计方案。学生五人一组，每组将自己的设计方案在课堂上讲述出来，教师则引导学生对各种方案进行比较和评价。该方式以学生为主体，一方面是激发学生学习的内部动机，在掌握基本知识的前提下，使其主动探索知识、独立解决问题；另一方面在讨论和争议的过程中，学生能够获得知识的生长点，因为每一组的方案不尽相同，在求同存异的过程中知识和经验得到积累。当然，在学生讲述和讨论的过程中，需要教师进行正确指导，并对各种方案给予合理的评价。
四、结束语
“光电检测技术”这门课需要学生掌握较多的专业基础知识，并且应用性较强，强调学生的动手能力。学生从以往理论性较强的课程学习转向应用性较强的专业课学习，需要一定的过程。笔者通过将认知理论应用到课程教学的各方面，以学生为学习的主体，教学遵循学生对知识的认知过程，使得学生更容易理解很抽象的基本概念，提升了其使用新技术解决问题的能力，将新知识与原有认知系统关联起来，丰富了学生的知识体系。
参考文献：
[1]武新春.高等教育心理学(修订版)[M].北京:高等教育出版社,2003.
[2]赵娟,娄德军.认知学习理论在课程改革中的应用[J].大连教育学院学报,2003,(1):23-25.
[3]李刚,曹浪舟.光电检测技术课程教学改革的探讨[J].高等函授学报(自然科学版),2010,(4):43-45.
[4]周雪芳.对“光电检测技术”课程内容体系优化的思考[J].中国电力教育,2010,(35):96-98.
[5]谢婧.认知主义学习理论概述[J].文教资料,2006,(28):101-102.
[6]王映学,林颖.论教学设计:三种不同的认知学习理论视域[J].教育理论与实践,2008,(8):51-52.
（责任编辑：刘辉）